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ijege-13_01-fiorillo.pdf

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51
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2013-01.O-04
F
rancesco
FIorILLo
University of Sannio, Dipartimento di Scienze e Tecnologie - Via dei Mulini 59/A - 82100 Benevento (Italy)
E-mail: francesco.fiorillo@unisannio.it
LA RECESSIONE DEGLI IDROGRAMMI SORGIVI ED ANALISI DELLA
SORGENTE CAPOSELE (ITALIA MERIDIONALE) DURANTE I PERIODI SECCHI
SPRING HYDROGRAPHS RECESSION AND ANALYSIS OF
THE CAPOSELE SPRING (SOUTHERN ITALY) DURING DRY PERIODS
RIASSUNTO
Sono stati analizzati gli idrogrammi della sorgente Caposele
(Campania) durante i periodi di recessione degli ultimi anni di
misurazione della portata. Nel diagramma semilogaritmo, log
(portata)-tempo, è stata individuata la retta di interpolazione dei
dati e quindi il coefficiente di recessione per ciascuno degli anni
considerati. E’ stata riscontrata una correlazione positiva tra il co-
efficiente di recessione e la portata all’inizio del periodo di svuo-
tamento. Per le sorgenti basali, questo comportamento idraulico
è stato spiegato con il modello di F
IorILLo
(2011), che evidenzia
come il rapporto tra due differenti valori del coeffciente di reces-
sione può essere approssimato al rapporto inverso tra le porosità
effettive calcolate lungo la superficie della falda (α
II
/
α
III
n
eff
III
/
n
eff
II
). Il livello della falda in un pozzo ubicato all’interno del
bacino della sorgente ha fornito informazioni sulla distribuzione
dell’acqua nella zona epifreatica. I risultati aiutano a comprendere
il comportamento idraulico degli acquiferi carsici durante il loro
svuotamento e avere utili informazioni sulla più razionale gestione
delle sorgenti alimentate da acquiferi carsici/carbonatici.
T
ermini
chiave
: portata sorgiva, acquifero carsico/carbonatico, coefficiente
di recessione, Italia
INTRODUZIONE
Gli acquiferi carsici hanno una grande importanza per l’appro-
viggionamento idrico, in quanto le relative sorgenti sono talvolta
caratterizzate da cospicue portate e captate per scopi commerciali e
pubblici (W
hIte
, 1988; B
akaLoWIcz
, 2005; F
ord
& W
ILLIam
, 2007;
G
oLdscheIder
& d
reW
, 2007).
Durante l’assenza di ricarica, la portata sorgiva decresce fino al
successivo evento di ricarica; in particolare, durante i periodi secchi
gli idrogrammi sorgivi mostrano un trend in continuo decremento noto
come recession limb. La parte meno pendente, alla fine dell’idrogram-
ma, è nota come baseflow. Questo tratto dell’idrogramma è considerato
dipendere da alcune fondamentali caratteristiche idrauliche e geome-
triche degli acquiferi (s
choeLLer
, 1965; F
orkasIeWIcz
& P
aLoc
, 1967;
m
IjatovIc
, 1968; t
orBarov
, 1975; m
ILanovIc
, 1976; a
tkInson
, 1977;
B
onaccI
, 1993; e
IsenLohr
et alii, 1997; k
resIc
& B
onaccI
, 2010).
ABSTRACT
Hydrographs of the Caposele karst spring (Campania, South-
ern Italy) during the recession period have been analysed for last
several years. A straight line was fitted to a semilogarithmic plot
(log-discharge versus time), and the recession coefficient (the
slope of the line generated from the equation) was calculated for
each year considered. It has been found that the recession coef-
ficient has positive a high correlation with discharge at the be-
ginning of the recession period. For basal spring, this hydraulic
behaviors has been explained by the model of F
IorILLo
(2011),
who point out how the ratio between two different values of the
recession coefficient obtained by the semilogarithmic plot can be
approximated to the inverse ratio of the effective porosity com-
puted along the surface of the water table (α
II
/
α
III
n
eff
III
/
n
eff
II
).
Water level of a monitored well inside the karst catchment was
also assessed and provided information on the water distribution
into aquifers. Results describe the hydraulic behavior of karst aq-
uifers during their emptying and provide information for better
management of karst springs.
K
ey
words
: spring discharge, recession coefficient, karst/carbonatic aquifer,
Italy
INTRODUCTION
Karst aquifers have a fundamental importance for water sup-
ply, and large springs are often exploited for commercial and public
water supplies (W
hIte
, 1988; B
akaLoWIcz
, 2005; F
ord
& W
ILLIam
,
2007; G
oLdscheIder
& d
reW
, 2007).
During the period of no recharge, spring discharge decreas-
es until the following recharge event. In particular, during dry
periods spring hydrographs show a continuous decreasing trend
that is know as a recession limb; the nearly flat part at the end
of the recession limb is known as baseflow. The recession limb
is believed to express some fundamental hydraulic and geomet-
ric characteristics of aquifers (s
choeLLer
, 1965; F
orkasIeWIcz
& P
aLoc
, 1967; m
IjatovIc
, 1968; t
orBarov
, 1975; m
ILanovIc
,
1976; a
tkInson
, 1977; B
onaccI
, 1993; e
IsenLohr
et alii, 1997;
k
resIc
& B
onaccI
, 2010).
background image
LA RECESSIONE DEGLI IDROGRAMMI SORGIVI ED ANALISI DELLA SORGENTE CAPOSELE (ITALIA MERIDIONALE) DURANTE I PERIODI SECCHI
52
F. FIORILLO
F
IorILLo
(2011) provides a simple hydrogeological model ex-
plaining the behavior of the karst aquifer during emptying and
also discusses other models that predict the shape of the spring
hydrograph in the semilogarithmic plot, such as those of F
orkasIe
-
WIcz
& P
aLoc
(1967), m
anGIn
(1975), k
ovacs
et alii, (2005), and
k
ovács
and
P
errochet
(2008).
On the basis of Fiorillo’s model (2011), daily discharge measure-
ments of Caposele spring (Campania, southern Italy) have been ana-
lyzed. Data from a monitoring-well inside the karst catchment have
been also considered, allowing to check the model used.
DRAINAGE MODEL OF A SIMPLE AND COMPOSITE
TANK-RESERVOIR
F
IorILLo
(2011) simulated the drainage of a simple water-filled
tank (Fig.1) by different physical laws, and tried to connected the
hydraulic behaviour of a composite water-filled tank (Fig.2a) to ac-
tual karst aquifers. In this model, the drainage occurs by a hole, with
area A
2
and length L, located at the bottom of the tank, and analytical
expressions are computed in relation to the geometry of the tank and
to the type of hole, using different physical laws.
The role of the water viscosity decreases if the area of the
hole, A
2
, increases. If the area A
2
is sufficiently wide, the water
viscosity can be ignored and drainage occurs in terms of Torricelli
efflux velocity
.
If the area of the hole, A
2
, is small, the water viscosity effect can-
not be ignored, and drainage can be analysed by the Poiseuille law.
Filling the tank-connected tube with sand, the drainage can also be
modelled using Darcy’s law.
The above different tank-drainage systems have been called Tor-
ricelli, Poiseuille and Darcy reservoir, respectively.
Starting from an initial water height, h
o
, into the tank-reservoir,
and applying the principle of energy conservation, in the case of
Torricelli reservoir the following formula describe the drainage
(F
IorILLo
, 2011):
where
F
IorILLo
(2011) ha sviluppato un semplice modello idrogeolo-
gico che spiega il comportamento degli acquiferi carsici durante
lo svuotamento e ha discusso altri modelli che analizzano gli idro-
grammmi sorgivi durante la fase di recessione, come quello di F
or
-
kasIeWIcz
& P
aLoc
(1967), m
anGIn
(1975), k
ovacs
et alii, (2005),
e k
ovács
& P
errochet
(2008).
Sulle basi di questo modello, la portata giornaliera della sor-
gente Caposele viene utilizzata al fine di valutare il comportamen-
to idraulico dell’acquifero durante i periodi secchi. All’interno del
bacino della sorgente, il monitoraggio di un pozzo ha permesso di
verificare il modello proposto.
MODELLO DI DRENAGGIO DI UN SERBATOIO SEM-
PLICE O COMPOSITO
F
IorILLo
(2011) ha simulato il drenaggio di un serbatoio cilindrico
riempito d’acqua utilizzando leggi fisiche diverse e tentato di connet-
tere il comportamento idraulico di un serbatoio composito (Fig.2a) con
quello di un acquifero carsico reale. In questo modello il drenaggio si
verifica tramite un tubo-foro di lunghezza L, ubicato al fondo del serba-
toio; le equazioni che descrivono la portata sono state relazionate alla
geometria del serbatoio ed alle caratteristiche del tubo-foro.
Il ruolo della viscosità dell’acqua decresce se l’area del tubo-foro,
A
2
, diviene grande. Se l’area A
2
è sufficientemente ampia, la viscosità
dell’acqua può essere ignorata ed il drenaggio si verifica in termini di
velocità di efflusso di Torricelli.
Se l’area del tubo-foro, A
2
, è piccola, la viscosità dell’acqua non
può essere ignorata ed il drenaggio può essere analizzato con la legge
di Poiseuille. Se si riempie il tubo-foro con sabbia, il drenaggio può
essere analizzato con la legge di Darcy.
I sistemi di drenaggio così descritti, sono stati denominati rispet-
tivamente serbatoio Torricelli, Poiseuille o Darcy. Partendo da una
iniziale altezza d’acqua nel serbatoio, h
o
, ed applicando il principio
di conservazione dell’energia, nel caso di un serbatoio Torricelli
l’espressione analitica della portata è una funzione lineare del tempo
(F
IorILLo
, 2011):
dove
Fig. 1 - Serbatoio cilindrico, con area di base A
1
(F
Io
-
rILLo
, 2011). Lo scarico avviene attraverso
un tubo-foro di sezione A
2
ubicato al fondo,
partendo da un’altezza iniziale dell’acqua h
o
- Cylindrical tank-reservoir, with base area A
1
(F
IORILLO
, 2011). Discharge occurs through
a bottom hole of section A
2
, starting from an
initial water height h
o
(1)
(2)
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SPRING HYDROGRAPHS RECESSION AND ANALYSIS OF THE CAPOSELE SPRING (SOUTHERN ITALY) DURING DRY PERIODS
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
Il parametro α
T
ha dimensioni [L
3
·
T
-2
] ed esprime la rapidità di
svuotamento del serbatoio. Esso è proporzionale alla seconda potenza
della sezione del tubo-foro, A
2
, ed è inversamente proporzionale alla
base A
1
del serbatoio; g è l’accelerazione di gravità.
La caratteristica del serbatoio Torricelli è il decremento lineare
della portata con il tempo, la cui rappresentazione nel grafico arit-
metico (Q-t) fornisce sempre la stessa pendenza indipendentemen-
te dall’altezza iniziale, h
o
. L’equazione 2 definisce il drenaggio in
assenza di perdita di energia e determina tratti rettilinei dell’idro-
gramma di recessione. Questo tipo di drenaggio si verifica quando
larghi condotti carsici drenano temporaneamente cavità carsiche
riempite d’acqua o vaste aree come poljes inondati. In questi casi,
α
T
fornisce dettagli sulla geometria dei poljes/cavità e sulla sezione
dei condotti. B
onaccI
(1987) ha proposto una simile equazione per
valutare il drenaggio operato da condotti e B
aILLy
-c
omte
et alii,
(2010) descrivono una simile espressione del drenaggio per simu-
lare alcuni acquiferi carsici.
Lo svuotamento completo del serbatoio Torricelli si verifica al
tempo t
=
t
E
ed è ottenuto uguagliando a zero l’equazione 1:
Nel serbatoio Darcy il tubo-foro ha sezione costante A
2
e lun-
ghezza L ed è riempito da sabbia con conducibilità idraulica K; sicco-
me sono considerate la viscosità del fluido e le forze di attrito, parte
The parameter α
T
has a dimension of [L
3
·
T
-2
] and expresses the
rate of drainage of the Torricelli reservoir. It is proportional to the
second power of the hole cross-section A
2
, and it is inversely propor-
tional to the base, A
1
, of the tank-reservoir (g, gravity acceleration).
The characteristic of the Torricelli reservoir is the linear decrease
of discharge with time; the main consequence of this behaviour is the
constant slope of the discharge-time plot at any time and independent
of the initial height h
o
. It defines the drainage without energy loss.
It is possible to state that free drainage causes a linear segment in
the recession limb of the hydrographs. Large karst conduits, draining
zones of temporary water storage, such as poljes and karst caves, can
be modelled by a Torricelli reservoir. In these cases, α
T
provides de-
tails on the geometry of the poljes/caves and of sections of conduits.
B
onaccI
(1987) provided a similar analytical expression to evaluate
karst spring discharge by the groundwater level and hydraulic cross
section of the conduit, and B
aILLy
-c
omte
et alii, (2010) found a simi-
lar expression to simulate drainage of some karst aquifers.
Complete emptying of the Torricelli reservoir occurs at the time
t
=
t
E
(
E
represents emptying) and can be obtained by equalizing to
zero the Equation 1:
In the Darcy reservoir the tank-connected tube having con-
stant section A
2
, and length L, is filled by sand with hydraulic con-
ductivity K; as viscosity of the fluid and friction forces have to
Fig. 2 - a) Serbatoio cilindrico composito, con differenti basi A
1
(Fiorillo, 2011). Lo scarico si verifica attraverso un tubo-foro si sezione A
2
ubicato al fondo, par-
tendo da un’iniziale altezza del’acqua h
0
I
. b) Schema del corrispondente acquifero carsico con area della tavola d’acqua A
c
. La parte insatura dell’acquifero
presenta un pozzo parzialmente riempito d’acqua; la zona satura è caratterizzata da una rete di condotti saturi all’interno di due distinte zone sovrapposte
a diversa porosità effettiva, con n
III
eff
>
n
II
eff
- a) Composite cylindrical tank-reservoir, with different bases A
1
(Fiorillo, 2011). Water discharge occurs through a bottom hole of section A
2
, starting from
an initial water height h
0
I
. b) Scheme of the corresponding karst aquifer with water-table area A
c
. Unsaturated aquifer presents a filled shaft, and saturated
aquifer is characterised by two distinct superimposed effective porosity zones, n
III
eff
>
n
II
eff
, with a saturated karst conduits net (dark-grey).
(3)
background image
LA RECESSIONE DEGLI IDROGRAMMI SORGIVI ED ANALISI DELLA SORGENTE CAPOSELE (ITALIA MERIDIONALE) DURANTE I PERIODI SECCHI
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F. FIORILLO
dell’energia viene dissipata durante il drenaggio. Partendo dall’appli-
cazione del principio di conservazione del volume ed applicando la
legge di Darcy, l’equazione seguente descrive la portata di scarico dal
serbatoio (F
IorILLo
, 2011):
dove
Il parametro α
D
ha dimensioni [T
-1
] ed esprime le caratteristiche di
drenaggio del serbatoio Darcy.
Se il foro del serbatoio ha una piccola area A
2
, la viscosità dell’ac-
qua può essere considerata applicando la legge di Poiseuille; in que-
sto caso, partendo dall’applicazione del principio di conservazione
del volume, la seguente equazione descrive la portata di scarico dal
serbatoio (F
IorILLo
, 2011):
dove:
Il parametro α
P
ha dimensioni [T
-1
] ed esprime le caratteristiche
di drenaggio del serbatoio Poiseuille; il parametro d è il diametro del
tubo, μ è la viscosità dinamica dell’acqua e ρ è la densità dell’acqua.
Le equazioni 4 e 7 sono quella di m
aILLet
(1905) e corrispondono
a quelle di un serbatoio lineare, dove la portata, Q
(t), è proporzionale
in ogni momento al volume d’acqua immagazzinato W
(t):
Nel serbatoio lineare la portata diminuisce esponenzialmente con
il tempo ed è nulla al tempo t
=
∞. Nel diagramma semilogaritmo,
l’idrogramma appare come una linea retta con angolo d’inclinazione
arctg(α). Inoltre, nel serbatoio lineare il dimezzamento del valore del-
la portata si verifica ad un tempo t
1/2
, che è:
Considerato che la conducibilità idraulica, K, è espressa da (t
odd
& m
ays
, 2005):
dove k
i
è la permeabilità intrinseca di un materiale con dimensioni
[L
2
]. Se si uguagliano le equazioni 6 e 8 si ottiene (F
IorILLo
, 2011):
che fornisce un confronto tra il drenaggio di un serbatoio Darcy con
un serbatoio Poiseuille.
considered, energy is lost during the drainage. Starting from the
application of the principle of the volume conservation and the
Darcy law, the following formula describe the drainage from the
tank (F
IorILLo
, 2011):
where
The parameter α
D
has a dimension of [T
-1
] and expresses the
drainage characteristics of the Darcy reservoir.
If the hole has a small area A
2
, the viscosity of the water has to be
considered; in this case, starting from the application of the principle
of the volume conservation and the Poiseuille law, the following for-
mula describe the drainage from the tank (F
IorILLo
, 2011):
where:
The parameter α
P
has a dimension of [T
-1
] and expresses the the
drainage characteristics of the Poiseuille reservoir; d is the diameter
of the hole; μ is the dynamic viscosity of water; ρ is the water density.
Equations 4 and 7 are that of m
aILLet
(1905) and also are that of a
linear reservoir where the discharge, Q
(t), is proportional at any time
to the water volume stored W
(t):
In the linear reservoir the discharge diminishes exponentially
with time and reaches zero for t
=
∞. In a semilogarithm plot the hy-
. In a semilogarithm plot the hy-
drograph appears as a straight line with a slope angle arctg(α). Be-
sides, the linear reservoir has a half-time discharge, t
1/2
, which is:
Consider that the hydraulic conductivity, K, is expressed by
(t
odd
& m
ays
, 2005):
where k
i
is the intrinsic permeability of the material with dimension
[L
2
]. Equalizing Equations 6 and 8 gives (F
IorILLo
, 2011):
which allow a comparison between Poiseuille and Darcy tank-reser-
voir drainage.
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
background image
SPRING HYDROGRAPHS RECESSION AND ANALYSIS OF THE CAPOSELE SPRING (SOUTHERN ITALY) DURING DRY PERIODS
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
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Le equazioni del coefficiente di recessione (Equazioni 2, 6 e 8)
possono essere ridotte a:
dove c è una costante idraulica, specifica delle condizioni di scarico di
ciascun serbatoio (Tab. 1), indipendentemente dalla sua area di base
e dalla pressione dell’acqua al suo interno. La costante idraulica, c,
costituisce un parametro omnicomprensivo delle caratteristiche geo-
metriche ed idrauliche che regolano lo scarico dell’acquifero.
Il serbatoio è stato adattato per valutare gli effetti del cambiamento
dell’area, A
1
, durante il processo di scarico. In particolare, è stato consi-
derato un serbatoio che presenta un incremento della sezione dell’area di
base da A
1
I
A
1
II
A
1
III
in corrispondenza di specifici livelli dell’acqua
(h
0
I
, h
0
II
and h
0
III
). Durante il drenaggio, il valore del coefficiente di reces-
sione cambia in corrispondenza del cambio dell’area A
1
del serbatoio.
La Fig. 3 mostra un esempio di drenaggio del serbatoio compo-
sito mostrato in Fig. 2a. Il cambio dell’area A
1
causa una variazione
del coefficiente di recessione durante lo svuotamento e in questo
caso (Fig.2a) si osserva un decremento di α durante il drenaggio.
Indipendentemente dal modello usato (serbatoio Torricelli o Line-
are
), le seguenti relazioni possono essere dedotte per il serbatoio
composito considerato (F
IorILLo
, 2011):
The equations of the recession coefficient (Equations 2, 6 and 8)
can be reduced as:
where c is an hydraulic constant, specific to the discharge condi-
tions for each reservoir (Table 1), independent of its area and water
pressure. The hydraulic constant, c, is a lumped parameter of the
hole involving the geometric and hydraulic characteristics of the
discharge zone.
The simple tank-reservoir model has been adapted to evaluate
the effects of the change in area, A
1
, during the drainage process. In
particular, an increase of area A1 has been imposed (Fig.2a), and the
changes are A
1
I
A
1
II
A
1
III
corresponding to specific water levels
(h
0
I
, h
0
II
and h
0
III
). During drainage, the value of the recession coef-
ficient changes depending on the geometry of the reservoir.
Fig. 3 shows an example of drainage based on the composite
tank-reservoir shown in Fig. 2a. The changing of the size area A
1
causes a variation of the coefficient of recession during drainage,
and in this case (Fig.2a) a decrease of α is observed during drain-
α is observed during drain-
is observed during drain-
age. Independent of the model used (Torricelli or Linear reservoir),
the following relationship can be deduced for the tank-reservoirs
considered (F
IorILLo
, 2011):
(14)
Tab. 1 - Parametri idraulici e fisici del serbatoio di Fig. 2a. c, costante idraulica; t
E
, tempo di svuotamento; α, coefficiente di recessione (F
IorILLo
, 2011)
- Physical and hydraulic parameters of the tank-reservoir drainage of Fig. 2a. c hydraulic constant; t
E
emptying time; α recession coefficient
(15)
background image
LA RECESSIONE DEGLI IDROGRAMMI SORGIVI ED ANALISI DELLA SORGENTE CAPOSELE (ITALIA MERIDIONALE) DURANTE I PERIODI SECCHI
56
F. FIORILLO
L’equazione 15 evidenzia come la variazione del coefficiente di
recessione, α, può essere semplicemente spiegata con la variazione
dell’area A
1
, senza cambio di altre caratteristiche idrauliche del serbatoio.
Le proprietà del serbatoio composito aiutano a comprendere il
drenaggio degli acquiferi carsici. In Fig. 2b, un pozzo/inghiottitoio
simula la parte superiore di un serbatoio composito (cilindro con area
A
1
I
), mentre l’acquifero saturo è caratterizzato da due distinte zone
sovrapposte a porosità effettiva diversa, con n
ef
III
>
n
eff
II
.Durante il dre-
naggio, l’area della tavola d’acqua, A
c
, è costante e ipotizzando che
l’area del bacino coincide con quella occupata dalla tavola d’acqua,
allora l’area A
1
è approssimativamente il prodotto dell’area del baci-
no, A
C
, con la porosità effettiva, n
eff
da cui si ottiene:
Nel caso di drenaggio senza perdita di energia (serbatoio Torri-
celli), in accordo con la equazione (16), l’equazione (15) può essere
trasformata in (F
IorILLo
, 2011):
Nell’ipotesi di un flusso senza perdita d’energia ed area della tavola
d’acqua costante durante lo svuotamento si ottiene che la variazione del
coefficiente di recessione è controllata dalla porosità effettiva calcolata
lungo la superficie della tavola d’acqua. La variazione della porosità
effettiva con la profondità deve allora essere connessa con il differente
sviluppo di vuoti, cavità e condotti nella zona epifreatica (zona dell’ac-
quifero compresa tra il massimo ed il minimo livello della falda).
Durante lo svuotamento di un acquifero carsico reale, le linee di
flusso presentano una prevalente componente orizzontale e convergo-
no verso le sorgenti. Se le condizioni idrauliche (permeabilità, area
Equation 15 highlights how the variation of the recession coef-
ficient, α, can be simply explained by the variation of the area A
1
,
without any change of the hydraulic characteristics of the reservoir.
The properties of the tank-reservoir are useful in understanding
the drainage of actual karst aquifers. In Fig. 2b, a shaft simulates the
upper part of the composite tank-reservoir (cylinder with area A
1
I
),
whereas a saturated aquifer is characterised by two distinct superim-
posed effective porosity zones, with n
ef
III
>
n
eff
II
. During drainage, the
water table area, A
c
, is constant, and supposing that the catchment
area coincides with the area occupied by the water table, then the area
A
1
is approximately the product of the catchment area, A
C
, and the
mean effective porosity, n
eff
:
Considering the flux without loss of energy (Torricelli reser-
voir), according to Equation 16, the Equation 15 can be rewritten as
(F
IorILLo
, 2011):
In this assumption (the flux without loss of energy and constant
water table area, Ac) the change of the recession coefficient during
drainage is purely controlled by effective porosity computed along
the surface of the water table. Variation of the effective porosity in
depth has to be connected to different development of voids, caves
and conduits inside the epiphreatic zone (aquifer zone between high
and low water table level).
During drainage of an actual karst aquifer, flow lines have a
prevalent horizontal component and converge towards the springs.
If the aquifer hydraulic conditions (permeability, water table area)
Fig. 3 - Drenaggio di un serbatoio composito, con differente area di base A
1
(F
IorILLo
, 2011). L’incremento dell’area A
1
(A
1
I
A
1
II
A
1
III
) causa tre distinti segmenti
nel diagramma portata-tempo (serbatoio Torricelli) o in quello semilogaritmo (serbatoio lineare), caratterizzati da differenti angoli d’inclinazione (arctgα). c
è una costante idraulica del serbatoio lineare; A
2
, area della sezione del tubo-foro del serbatoio Torricelli; h
0
, altezza iniziale dell’acqua nel serbatoio
- Tank-reservoir drainage for composite cylindrical tank-reservoir, with different base areas, A
1
(F
IORILLO
, 2011). The increasing of area A
1
(A
1
I
A
1
II
A
1
III
) causes
three distinct segments of the discharge-time plot (Torricelli reservoir, in a) or ln(discharge)-time plot (Linear reservoir in b), characterised by different slopes
(arctgα). c is the hydraulic constant of the linear reservoir; A
2
, cross-section of the hole of the Torricelli tank-reservoir; h
0
, initial water height in the reservoir
(16)
(17)
background image
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della tavola d’acqua) non cambiano durante l’abbassamento della
tavola d’acqua associato con la parte di recessione dell’idrogramma
sorgivo, le caratteristiche di scarico dell’acquifero possono essere con-
siderate approssimativamente costanti e specifiche di ciascun sistema
acquifero-sorgente. L’introduzione della costante idraulica, c, consen-
te di racchiudere in un unico parametro le caratteristiche di scarico del
sistema acquifero-sorgente e l’equazione (17) può essere approssima-
tivamente estesa anche agli acquiferi reali (F
IorILLo
, 2011):
valida solo se l’area della tavola d’acqua, A
c
, rimane costante durante
il drenaggio.
TEST DEL MODELLO: LA SORGENTE CAPOSELE
Le espressioni analitiche sopra descritte sono state applicate alla
sorgente Caposele, per la quale è disponibile una dettagliata serie di
misure di portata, unitamente con dati di monitoraggio di un pozzo
ubicato all’interno del bacino della sorgente.
Principali lineamenti idrogeologici e idrologici della sorgente Caposele
La sorgente Caposele (nota anche come sorgente Sanità) è ubicata
a quota di circa 417 m s.l.m alla sommità del fiume Sele, lungo il set-
tore nord-orientale dei Mt. Picentini (Fig.4) e alimenta l’Acquedotto
Pugliese, il principale sistema acquedottistico d’Italia che fornisce
acqua idropotabile all’intera regione Puglia e parte della Campania.
change very little during the water-table lowering associated with
the recession limb of the hydrograph, the discharge characteristics
of the aquifer can be considered approximately constant and spe-
cific for each aquifer-spring system. The use of hydraulic constant,
c, provides a lumped parameter to describe the discharge capacity
of the aquifer-spring system. Under such assumptions, the Equation
17 can be approximately extended also to an actual karst aquifer
(F
IorILLo
, 2011):
which is valid only for constant water table area, A
c
, during the
drainage.
MODEL TESTING: THE CAPOSELE SPRING
The above analytical results have been applied to the Caposele
spring, for which a long and detailed discharge measurements are
available, together to water level data series of a well located inside
the spring catchment.
Main hydrogeological and hydrological features of the Caposele spring
The Caposele spring (known also as Sanità spring) is located
at 417 m a.sl., near the the head of the Sele river, along the north-
eastern sector of the Mts. Picentini (Fig.4), and feeds the Acque-
dotto Pugliese, the main aqueduct system in Italy, which supplies
water to the Puglia and partially the Campania region.
(18)
Fig. 4 - a) Penisola italiana. b) Inquadramento della Campania occidentale. c) Lineamenti idrogeologici del settore settentrionale del M.ti Picentini indicato nella
parte b: 1) depositi di versante, piroclastici, alluviali e lacustri (Quaternario); 2) complesso argilloso e sequenze torbiditiche (Paleogene-Miocene); 3) serie
calcareo-dolomitica (Mesozoico); 4) faglia; 5) sorgente principale; 6) centro abitato; 7) pozzo P1
- a) Southern Italian peninsula. b) Map of the western Campania region. c) Hydrogeological features of the northern Picentini Mountains outlined in part b.
Key: 1) slope breccias and debris, pyroclastic, alluvial, and lacustrine deposits (Quaternary); 2) argillaceous complex and flysch sequences (Paleogene-
Miocene); 3) calcareous-dolomite series (Mesozoic); 4) fault; 5) major spring; 6) village; 7) P1 well
background image
LA RECESSIONE DEGLI IDROGRAMMI SORGIVI ED ANALISI DELLA SORGENTE CAPOSELE (ITALIA MERIDIONALE) DURANTE I PERIODI SECCHI
58
F. FIORILLO
Dopo un iniziale galleria by-pass tra lo spartiacque Sele-Ofanto,
l’Acquedotto è costituito da una condotta principale e da un connesso
sistema di canali a gravità che si estende fino alla penisola salentina,
circa 400 km di distanza dalla sorgente. La sorgente è prevalentemente
alimentata dal massiccio carbonatico/carsico del M. Cervialto, (c
eLIco
& c
IvIta
, 1976) e tenuto conto dell’area di affioramento dei terreni
carbonatici a quota maggiore della sorgente e da considerazioni di ca-
rattere idrogeologico, l’area del bacino è stimata di 100 - 110 km
2
. Con
una media annuale di 3.9 m
3
/s (periodo 1920-2011), la sorgente Ca-
posele risulta quella con la più grande portata dell’Italia meridionale.
Il bacino risulta costituito da calcari e calcari dolomitici di età
Triassico superiore - Miocene, per uno spessore complessivo di circa
2500 m, molto fratturati e fagliati, con roccia frequentemente ridotta a
breccia. La serie calcareo-dolomitica è tettonicamente in contatto con
depositi terrigeni ed impermeabili che includono sia complessi argil-
losi pre-orogeni (Paleocene) che sequenze di flysch (Miocene). Ulte-
riori dettagli delle caratteristiche geologiche possono trovarsi nella
recente Carta Geologica d’Italia a scala 1:50,000 (ISPRA, 2009). I
versanti sono ricoperti da depositi piroclastici provenienti dall’atti-
vità eruttiva del Somma-Vesuvio che giocano un importante ruolo
circa l’infiltrazione nel substrato carsico. Tale copertura ha favorito
la crescita di una fitta vegetazione arborea, prevalentemente costituita
da castagni e noccioleti, ricoprenti vasti settori del M.ti Picentini. La
distribuzione della quota del bacino è caratterizzata per oltre il 70%
da quote sopra i 1000 m s.l.m., fino alla sommità del Mt. Cervialto
(1809 m s.l.m.); una vasta conca endoreica, il Piano Laceno, favori-
sce i processi d’infiltrazione e limita il run-off fuori dal bacino.
I dati di portata analizzati coprono un periodo di 12 anni continui,
dal 1 Gennaio 2000 al 31 Dicembre 2011 (Fig. 5). Durante questo pe-
riodo, gli idrogrammi delle annate umide sono caratterizzate da blandi
colmi nella stagione primaverile, come nel 2000, 2006, e 2009-2011,
mentre gli idrogrammi delle annate secche sono caratterizzati da debo-
li colmi o da una portata sorgiva continuamente decrescente durante
l’intero anno idrologico. In particolare, l’annata 2001/02 è stata ca-
ratterizzata da una delle più intense siccità idrologiche degli ultimi
After a first branch constituted by a tunnel by-pass between the
Sele-Ofanto divide, the Aqueduct through a main gravity conduit
and a connected channels system, reaches the Salento peninsula,
about 400 km far from the spring. This spring is primarily fed by the
Cervialto carbonatic massif (c
eLIco
& c
IvIta
, 1976), and looking
at the calcareous area with an elevation higher than the spring’s and
considering some hydrogeological features of the area, the estimated
area is between 100 and 110 km
2
. With a mean annual discharge of
3.9 m
3
/s (period 1920-2011), Caposele presents the highest spring
discharge of southern Italy.
The spring catchment is formed prevalently by calcareous and
calcareous-dolomitic series of the Late Triassic through the Miocene;
they are 2,500 m thick, heavily fractured and faulted, and frequently
reduced to breccias. The calcareous-dolomite series are tectonically
bounded by terrigenous and impermeable deposits comprising com-
plex argillaceous (Paleocene) and flysch sequences (Miocene). Fur-
ther details of geological features of the Southern Apennine can be
found in the Geological Map of Italy (1:50,000 scale; ISPRA, 2009).
The slopes are generally mantled by pyroclastic deposits of Somma-
Vesuvius activity, which have led to a growth of trees (chestnuts and
hazel) which densely cover wide sectors of the Picentini mountains
and play an important role in the infiltration of water into the karst
substratum below. The distribution of the ground-elevation provides
that 70% of the spring catchment lies above 1000 m a.s.l., up to the
top of Mt. Cervialto (1809 m a.s.l.); a wide closed depressions, the
Piano Laceno, favors the infiltration processes and limits the run off
out the catchments.
The analyzed daily spring discharge data cover a 12-year pe-
riod (January 1, 2000 through December 31, 2011) (Fig. 5). Dur-
ing this period, hydrographs of the wet years are characterized by
well-pronounced flood during the spring season, as occurred in
2000, 2006, and 2009-2011 period, whereas hydrographs of dry
years are characterized by slight flood or a continuously decreasing
trend of the discharge during the hydrological year. In particular,
2001/02 was one of the most intense hydrological droughts that oc-
Fig. 5 - Portata sorgiva giornaliera dal 1 Gennaio 2000 al 31 Dicembre 2011; l’idrogramma è tipico di un sistema scarsamente carsificato
- Daily Caposele spring discharge data from January 1, 2000, through December 31, 2011; hydrograph reflects the poor karstified system
background image
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decenni del sud Italia (F
IorILLo
& G
uadaGno
, 2010) e determinò il
raggiungimento dei minimi di portata in molte sorgenti alimentate da
acquiferi carsici/carbonatici (F
IorILLo
& G
uadaGno
, 2012). Dopo le
annate secche del 2006/07 e 2007/08, la pioggia annuale del 2008/09
fu una delle più elevate registrate da molti pluviometri della Campania,
e determinò l’incremento delle portate sorgive molto sopra la media.
In linea generale, la ricarica si verifica durante le stagioni autunno-
inverno e determina il raggiungimento del colmo durante la primavera;
durante la stagione primaverile-estiva per effetto dell’elevato tasso di
evapotraspirazione e del calo delle precipitazioni, la ricarica può essere
considerata nulla (F
IorILLo
et alii, 2007; F
IorILLo
, 2009). Singoli eventi
di pioggia giornaliera non hanno una diretta influenza sulla portata della
sorgente, come è possibile desumere dall’andamento dell’idrogramma;
la causa è da addebitare allo scarso sviluppo dei condotti o alla loro poca
interconnessione (Fiorillo, 2009). Queste caratteristiche indicano che il
massiccio del Cervialto può essere considerato come un sistema carsico
poco sviluppato. La portata risulta invece dipendere da piogge cumu-
late su lunghi intervalli temporali; in particolare, F
IorILLo
& d
oGLIonI
(2010) hanno analizzato la relazione tra le piogge e la portata sorgiva
attraverso analisi di cross-correlazione e hanno riscontrato come la por-
tata di Caposele risulta rispondere fino ad alcuni mesi dopo le piogge.
Modello di svuotamento dell’acquifero
Al fine di verificare l’equazione 18, sono stati considerarti i dati
di portata della sorgente Caposele nel periodo estate-inizio autunno.
Durante questo periodo, caratterizzato da assenza di ricarica, l’idro-
gramma sorgivo presenta una forma concava che segue un precedente
periodo dalla forma convessa connessa con il colmo di portata.
Il coefficiente di recessione di ciascun anno considerato è stato va-
lutato diagrammando nel grafico semilogaritmo i dati giornalieri di por-
tata (Fig.6); il periodo inizia con il 1 Settembre e termina il 31 Ottobre
curred in southern Italy (F
IorILLo
& G
uadaGno
, 2010) and caused
the historical minimum discharge in many karst/carbonatic springs
(F
IorILLo
& G
uadaGno
, 2012). After the dry years of 2006/07 and
2007/08, the annual rainfall of the 2008/09 was one of the highest
of the historical series, and increased the spring discharges much
more than the mean.
Recharge regularly occurs during the autumn-winter season and
causes the maximum spring discharge during the spring; during the
spring-summer season, due to the high rate of evapotranspiration
and rainfall reduction, recharge can be considered null (F
IorILLo
et
alii, 2007; F
IorILLo
, 2009). Single rain events (daily rainfall) have
no direct influence on the spring discharge, and spring hydrographs
are characterized by little or no prompt flow, due to a poor develop-
ment or connection of the karst conduits (Fiorillo, 2009). These fea-
tures characterize the Cervialto massif as a poor karstified system.
The spring discharge depends on the long-term cumulative rainfall;
in particular, F
IorILLo
& d
oGLIonI
(2010) analysed the relation be-
tween rainfall and spring discharge by cross-correlation analyses
and found that Caposele springs’ discharge is shifted up to several
months with respect to the rainfall.
Drainage aquifer model
To verify the Equation 18, the discharge data of the Capose-
le spring were analyzed to focus on the summer to early-autumn
period, during which time a continuous decreasing trend of the
discharge is generally observed and the recharge processes can
be considered negligible. During this period, spring hydrographs
present a concave shape that follows the previous convex shape
connected to the peak or flood earlier in the year.
To evaluate the recession coefficient of the springs, daily discharge
Fig. 6 - Logaritmo naturale della portata giornaliera
di Caposele durante i periodi di recessione. Il
giorno 0 è il 1 settembre per tutte le annate;
solo per il 2002 è il 6 Aprile. I dati del 2004
non sono mostrati.
- Natural logarithms of the Caposele group
daily discharges during recession periods.
Day 0 is September 1 for 2000-2011 and April
6 for 2002; no data are shown for 2004.
background image
LA RECESSIONE DEGLI IDROGRAMMI SORGIVI ED ANALISI DELLA SORGENTE CAPOSELE (ITALIA MERIDIONALE) DURANTE I PERIODI SECCHI
60
F. FIORILLO
(61 giorni); solo il 2002 inizia con il 6 Aprile e termina il 6 Giugno a
causa del’assenza di correlazione nel periodo 1 Settembre - 31 Ottobre
2002. Come può essere osservato, ciascuna annata appare come una li-
nea retta, indicando che l’acquifero si comporta come un serbatoio line-
are. Tuttavia, l’inclinazione della linea retta cambia da un anno all’altro,
indicando una dipendenza dalle condizioni iniziali dell’acquifero, ed in
particolare dalla portata sorgiva all’inizio del periodo di svuotamento
considerato, Q
0
(Fig. 7). La correlazione lineare tra α e Q
0
della Fig. 7,
indica che il coefficiente di recessione è più piccolo durante le annate
siccitose e più elevato durante le annate umide. Pertanto, un unico coef-
ficiente di recessione non può essere utilizzato per l’intero svuotamento
dell’acquifero, in quanto α cambia anno per anno in funzione di Q
0
.
La sorgente Sanità di Caposele costituisce il principale recapito
delle acque del bacino del Mt. Cervialto; altre sorgenti minori nel ba-
cino hanno portata solo di qualche litro/secondo. Durante il drenaggio
dell’acquifero, la estensione superficiale della tavola d’acqua che ali-
menta la sorgente Caposele può considerarsi costante nei periodi di re-
cessione, mancando altri recapiti significativi della falda. Un utile set di
dati è quello acquisito dal monitoraggio automatico del livello di falda
di un pozzo ubicato a 635.54 m s.l.m., all’interno del bacino della sor-
gente (P1, Fig. 4). I dati disponibili ricoprono un periodo discontinuo tra
il 2008 ed il 2011, dove è possibile osservare un trend similare del livello
della falda nel pozzo P1 e la portata della sorgente. Di questo set di dati
sono stati considerati intervalli di un mese del periodo di recessione di
ciascun anno (Ottobre 2008, Ottobre 2009, Settembre 2010, Novembre
2011), per i quali sono disponibili i dati di misura. La Tab. 2 mostra il
volume scaricato alla sorgente durante questi mesi, D
w
, il relativo de-
cremento del livello di falda misurato nel pozzo, �L, ed il tasso di de-
�L, ed il tasso di de-
L, ed il tasso di de-
cremento per unità di abbassamento del livello nel pozzo, V
w
=
D
w
/
�L.
E’ possibile osservare che durante il periodo siccitoso del 2008, il
data of each hydrological year were plotted in a semilogarithmic graph
(Fig.6); the plotted period starts generally on September 1 and ends
October 31 (61 days); only 2002 starts on April 6 and ends on June 6,
because no-linear correlation has been found for the period September
1 to October 31. As can be observed, each plot appears as a straight
line, indicating that the aquifer behaves as a linear reservoir. However,
the slope of the linear fit (the recession coefficient) changes from one
year to another, indicating a dependence on the initial condition of the
aquifer, and in particular on the spring discharge at the beginning of
the draining, Q
0
(Fig. 7). The linear and positive relationship between
α and Q
0
found in Fig. 7, indicates that the recession coefficient is
smaller during droughts and higher after wet years. Thus, a single re-
cession coefficient value cannot be used to explain the entire emptying
processes of the aquifer, as α changes year by year in function of Q
0
.
The Caposele spring is the only major spring draining the wide
catchment of Mt. Cervialto. The minor spring in the basin drain only
a few liters per second. During the draining of the aquifer, a constant
water-table area can be considered for the Caposele springs, which
helps to explain the variation of the recession coefficient during the
draining of different years. A useful water-level dataset comes from
a well located at 635.54 m a.s.l. inside the catchment of the Caposele
spring (P1, Fig. 4). The available data cover a discontinuous period
between 2008 and 2011, where is possible to observe the similar
trend of the P1 water level and Caposele spring discharge. It has been
considered one month of the recession period for each year (Octo-
ber 2008, October 2009, September 2010, November 2011), during
which the water level data are available. Table 2 shows the volume
discharged at the spring during these months, D
w
, the relative water
level decrease in P1 well, �L, and the rate V
w
=
D
w
/
�L.
During drought of 2008 the rate, V
w
, was higher than the wet pe-
Fig. 7 - Relazione tra il coefficiente di recessione
α e la portata di Caposele Q
0
all’inizio del
periodo di drenaggio considerato, anni
2000-2011
- Relation between the recession coeffi-
cient α and Caposele spring discharge at
the beginning of the draining Q
0
for the
years 2000-2011
background image
SPRING HYDROGRAPHS RECESSION AND ANALYSIS OF THE CAPOSELE SPRING (SOUTHERN ITALY) DURING DRY PERIODS
61
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
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riod of 2009, 2010, and 2011. This different hydraulic behavior sug-
gests that the storage conditions change into the epiphreatic zone.
In the unconfined aquifer the storativity can be approximated by the
effective porosity, and its use in the karst aquifer has been discussed
by s
tevanovIc
et alii (2010). Thus, this hydraulic behavior can be
explain by an increase of the effective porosity, n
eff
, computed along
the surface of the water table, from the high to low water-table level.
Thus, the ratio between the ratio of two years can be compared with
the ratio of the effective porosity:
During the draining of karst aquifers, the model of F
IorILLo
(2011) shows how the variation of the recession coefficient, for exam-
ple from α
II
to α
III
, with α
II
> α
III
, can be approximated by the change
of the effective porosity, from n
eff
II
n
eff
III
, with n
eff
II
<
n
eff
III
, by the
Equation 18, which is valid only for a constant water table area during
the draining. In this case, the Equation 18 gives:
Equations 19 and 20 calculate the effective porosity ratio by two
valore di V
w
è più elevato che durante i periodi umidi del 2009, 2010,
e 2011. Questo differente comportamento idraulico suggerisce che le
condizioni d’immagazzinamento della zona epifreatica sono diverse.
Negli acquiferi non confinati la porosità effettiva può essere approssi-
mata al coefficiente d’immagazzinamento, come discusso da s
tevano
-
vIc
et alii (2010). Pertanto, questo comportamento idraulico può essere
spiegato con un incremento della porosità effettiva, n
eff
, da un livello
alto della tavola d’acqua ad un livello basso della stessa. Il rapporto tra i
valori di V
w
di due diversi anni può essere confrontato con il rapporto tra
la porosità effettiva calcolata lungo la superficie della tavola d’acqua:
Durante il drenaggio degli acquiferi carsici, è stato dedotto che la
variazione del coefficiente di recessione, per esempio da α
II
α
III
, con
α
II
> α
III
, può essere addebitata alla variazione della porosità effettiva
da n
eff
II
n
eff
III
, con n
eff
II
<
n
eff
III
, attraverso l’equazione 18, valida solo
se la estensione della superficie della tavola d’acqua rimane costante
durante lo svuotamento. In questo caso, l’equazione 18 fornisce:
L’equazioni 19 e 20 valutano il rapporto della porosità effettiva
(19)
Tab. 2 - Volume d’acqua scaricato alla sorgente Caposele (D
w
) e abbassa-
mento del livello della falda nel pozzo P1 (�L) durante Ottobre
2008, Ottobre 2009, Settembre 2010 and Novembre 2011. Il tasso
di decremento V
w
è espresso dal rapporto D
w
/�L
- Water volume discharged at Caposele spring (D
w
) and water level
decrease in P1 well (ΔL) during October 2008, October 2009, Sep-
tember 2010 and November 2011. The rate of decrease V
w
is ex-
pressed by the ratio D
w
/ΔL
Fig. 8 - Portata sorgiva di Caposele e livello nel pozzo P1, periodo Maggio 2008 - Dicembre 2011. Per alcuni periodi i dati di misura sono mancanti
- Caposele spring discharge and water level monitored in well P1, May 1, 2008, through December 31, 2011. Data are missing during some periods
(20)
background image
LA RECESSIONE DEGLI IDROGRAMMI SORGIVI ED ANALISI DELLA SORGENTE CAPOSELE (ITALIA MERIDIONALE) DURANTE I PERIODI SECCHI
62
F. FIORILLO
different approaches, but indicate that the two results are very close,
verifying that Equation 18 is well founded.
Besides, comparing data of the 2010 and 2011, Equation 18 is
further confirmed:
CONCLUSIONS
Based on the shape of the spring hydrograph during the recession
period and, in particular, on the value of the recession coefficient, the
hydraulic behavior of the Caposele aquifer can be outlined during dry
periods and droughts.
Many karst springs show a typical variation of the recession coef-
ficient during aquifer draining, especially when droughts are included
in analyses, which “stress” the aquifer by very low discharge values.
However, some karst springs can present a recession coefficient quite
similar from a year to another, as in the case of Bagnara spring, north
Apennines (a
nGeLInI
& d
raGonI
, 1997), indicating that the spring
follow always the same exponential decay.
F
IorILLo
(2011) has explained that the variation in the recession
appears to be strongly controlled by the product of the effective po-
rosity (along the water table) and the area occupied by the water table.
If the area can be considered constant during the empting proces, the
effective porosity computed along the water table level controls the
shape of the hydrograph on the semilogarithmic plot.
The water-level data of the P1 well have allowed to investigate
the hydraulic behavior of the aquifer during dry periods. It has been
found that the ratio of the effective porosity evaluated by Equation 19
is very similar to that of Equation 20, verifying the hypothesis that the
ratio between two different value of the recession coefficient can be
approximated to the inverse ratio of the effective porosity computed
along the surface of the water table (Equation 18).
The change in the effective porosity inside the epiphreatic zone
has to be connected to different developments of caves, conduits, and
voids that favor increasing water storage from a high to low water ta-
ble. Numerical models have shown how corrosion phenomena cause
the development of conduits and porosity just below the water table
of an unconfined aquifer (G
aBrovšek
& d
reyBrodt
, 2010; d
rey
-
Brodt
et alii, 2010). As a consequence, just below the water table
there is a strong variation in void distribution..
The α - Q
o
relation of Fig.7, together with data of the monitored-
well P1, indicate that the porosity increases in depth inside the epi-
phreatic zone of the aquifer of Caposele spring. This spring guaran-
tees high discharge during the long dry Mediterranean period and can
be considered as drought-resistant, as α diminishes with Q
o
. These
characteristics cause an opposite behavior after droughts, as dis-
mediante due approcci completamente diversi, ma forniscono risulta-
ti confrontabili, verificando che l’equazione 18 è fondata.
Inoltre, confrontando i dati del 2010 e 2011, l’equazione 18 risul-
ta sempre confermata:
CONCLUSIONI
Sulla base della forma degli idrogrammi sorgivi durante il pe-
riodo di recessione e con rifermento al coefficiente di recessione, è
stato analizzato il comportamento della sorgente Sanità di Caposele
durante periodi secchi o siccitosi.
Molte sorgenti carsiche mostrano una tipica variazione del coeffi-
ciente di recessione durante lo svuotamento, specialmente se vengo-
no considerate annate siccitose che “stressano” l’acquifero portando a
valori molto bassi la portata sorgiva. Tuttavia, alcune sorgenti posso-
no presentare anche un coefficiente di recessione che cambia poco da
un anno all’altro, come nel caso della sorgente umbra Bagnara ana-
lizzata da a
nGeLInI
& d
raGonI
(1997), indicando che lo svuotamento
segue sempre la stessa legge esponenziale di decadimento.
F
IorILLo
(2011) ha mostrato che la variazione del coefficiente di
recessione è fortemente controllata dal prodotto della porosità effettiva
(calcolata lungo la superficie della tavola d’acqua) con l’area occupata
dalla tavola d’acqua. Se l’area rimane approssimativamente costante
durante lo svuotamento, la porosità effettiva calcolata lungo la tavola
d’acqua controlla la forma dell’idrogramma sul grafico semilogaritmo.
Il livello della falda monitorato nel pozzo P1 ha permesso di inve-
stigare sul comportamento idraulico dell’acquifero durante i periodi
secchi, riscontrando che il rapporto tra le porosità effettiva secondo
la equazione 19 è molto simile a quello dedotto con la equazione 20,
supportando quanto dedotto nel modello di F
IorILLo
(2011).
Il cambio della porosità effettiva deve essere connesso con il
differente sviluppo di cavità, condotti, e vuoti che favoriscono l’in-
cremento dell’immagazzinamento all’interno della zona epifreatica,
dalle zone più elevate a quelle più basse.
Modelli numerici hanno mostrato che i fenomeni di corrosione del
carbonato di calcio, con sviluppo di condotti ed incremento della po-
rosità, si verificano sotto la superficie della tavola d’acqua negli acqui-
feri carsici non confinati (G
aBrovšek
& d
reyBrodt
, 2010; d
reyBrodt
et alii, 2010). Di conseguenza, appena sotto la superficie della tavola
d’acqua, c’è una forte variazione nella distribuzione dei vuoti.
La relazione α - Q
o
della Fig.7, unitamente ai dati di monitoraggio
del pozzo P1, indicano che la porosità effettiva incrementa nella zona
epifreatica dell’acquifero della sorgente Caposele. Questa sorgente
garantisce una elevata portata durante la lunga stagione secca me-
diterranea e può considerarsi come “resistente” alla siccità poiché α
(21)
(22)
background image
SPRING HYDROGRAPHS RECESSION AND ANALYSIS OF THE CAPOSELE SPRING (SOUTHERN ITALY) DURING DRY PERIODS
63
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
charge present values below the normal, with a resistance to increase
(F
IorILLo
, 2009).
ACKNOWLEDGEMENTS
Author is grateful to Acquedotto Pugliese S.p.A. for spring dis-
charge and well-water level data.
diminuisce con Q
o
. Queste caratteristiche determinano anche un com-
portamento opposto dopo le annate siccitose, ove la portata presenta
valori minori della norma e “resiste” al suo aumento (F
IorILLo
, 2009).
RINGRAZIAMENTI
L’autore è grato all’Acquedotto Pugliese S.p.A. che ha supportato
questo studio.
OPERE CITATE
/
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